本文采用实验测量与数值计算相结合的方法,讨论了具有发散冷却功能的曲面结构边界层流动和换热特性,并对高马赫数来流的条件下,不同头部形状的流场结构和温度场变化、以及喷流对表面温度的改变进行了研究。多孔介质发散冷却是一种很有效的散热方式。本文的第一部分介绍了用高温合金钢粉末烧结多孔材料试验件的过程,利用热风洞和红外热像系统测量表面温度,以及发散冷却特性实验数据的获取和处理过程。试验件外部的热流温度及速度由热风洞的控制系统给定,内部的冷气流量由数字式质量流量控制器给定,外表面温度由NEC TH5104远红外热像系统测量。利用FLUENT软件中的二维、稳态、局部热平衡模型,对试验件进行发散冷却特性进行数值模拟,并通过与实验数据的比较,验证数学模型和数值方法。借助于经过验证的模型和方法,研究了具有发散冷却功能的曲面结构速度边界层和热边界层特性。在超声速情况下,来流绕物体会形成激波,并在物体头部产生大量气动热。随着马赫数的增高,头部结构的受热情况变得更加严峻。针对这个问题,本文的第二部分用数值计算的方法,讨论了平面结构和曲面结构的物体头部对形成激波的影响,并研究了头部发散冷却的冷气喷流与主流相互作用下的速度场、压力场和温度场特性,同时分析了喷流在物体头部形成冷却膜对结构的热防护作用。计算结果表明,此冷却方式对飞行器头部起到了很好的热防护作用。